艺术家对作为轴向希格斯场的结果而出现的新轴向希格斯粒子的构想

研究人员发现了一种新粒子，它是希格斯玻色子的磁性相对分子。虽然希格斯玻色子的发现需要大型强子对撞机 (LHC) 的巨大粒子加速能力，但这种前所未见的粒子——被称为轴向希格斯玻色子——是通过一个适合放在厨房小台面上的实验发现的.

除了本身是第一个，希格斯玻色子的这个磁性表亲——负责赋予其他粒子质量的粒子——可能是暗物质的候选者，暗物质占宇宙总质量的 85%但只能通过重力显露出来。

轴向希格斯玻色子与希格斯玻色子不同，希格斯玻色子是十年前在 LHC 的ATLAS和CMS探测器于 2012年首次探测到的，因为它具有磁矩、磁强度或产生磁场的方向。因此，它需要一个比它的非磁性质量表亲更复杂的理论来描述它。

在粒子物理学的标准模型中，粒子来自渗透宇宙的不同场域，其中一些粒子塑造了宇宙的基本力。例如，光子介导电磁，称为 W 和 Z 玻色子的重粒子介导弱核力，它控制亚原子水平的核衰变。然而，当宇宙年轻而炽热时，电磁和弱力是一回事，所有这些粒子几乎都是相同的。随着宇宙冷却，弱电力分裂，导致 W 和 Z 玻色子获得质量并表现出与光子非常不同的行为，物理学家将这一过程称为“对称破缺”。但是这些弱力介导粒子究竟是如何变得如此重的呢？

事实证明，这些粒子与一个单独的场相互作用，称为希格斯场。该场的扰动产生了希格斯玻色子，并赋予了 W 玻色子和 Z 玻色子的分量。

每当这种对称性被破坏时，自然就会产生希格斯玻色子。然而，通常一次只破坏一个对称性，因此希格斯粒子只是用它的能量来描述。

轴向希格斯玻色子背后的理论更为复杂。

在轴向希格斯玻色子的情况下，似乎多个对称性被打破在一起，导致了一种新形式的理论和希格斯模式[希格斯场等量子场的特定振荡]，需要多个参数来描述它：特别是能量和磁动量。

原始的希格斯玻色子不直接与光耦合，这意味着它必须通过粉碎其他粒子来产生连同巨大的磁铁和高功率激光器，同时还将样品冷却到极冷的温度。正是这些原始粒子衰变为其他粒子，这些粒子转瞬即逝，揭示了希格斯粒子的存在。

另一方面，当室温量子材料模仿一组特定的振荡（称为轴向希格斯模式）时，就会出现轴向希格斯玻色子。然后研究人员利用光的散射来观察粒子。

我们使用桌面光学实验发现了轴向希格斯玻色子，该实验位于大约 1 x 1 米的桌子上，通过专注于具有独特特性组合的材料。具体来说，我们使用了稀土三碲化物 (RTe3) [一种具有高度二维晶体结构的量子材料]。RTe3 中的电子自组织成一个波，其中电荷密度周期性地增强或降低。

这些在室温以上出现的电荷密度波的大小可以随着时间的推移进行调制，从而产生轴向希格斯模式。

在这项新研究中，该团队通过将一种颜色的激光发送到 RTe3 晶体中来创建轴向希格斯模式。光在被称为拉曼散射的过程中散射并变成频率较低的颜色，而在颜色变化过程中损失的能量产生了轴向希格斯模式。研究小组随后旋转晶体，发现轴向希格斯模式也控制电子的角动量，或它们在圆周上移动的速率，这意味着这种模式也必须是磁性的。

最初他们只是研究这种材料的光散射特性。当仔细检查响应的对称性时——旋转样本时——他们发现了异常变化，这是新事物的最初暗示。因此，它是第一个被发现的磁性希格斯粒子，表明 RTe3 中电子的集体行为不同于以前在自然界中看到的任何状态。

粒子物理学家此前曾预测轴向希格斯模式，甚至用它来解释暗物质，但这是第一次被观察到。这也是科学家第一次观察到具有多个对称性破缺的状态。

当在所有方向上看起来都相同的对称系统变得不对称时，就会发生对称性破坏。俄勒冈大学建议将其视为具有两种可能状态的旋转硬币。硬币最终落到它的头部或尾部，从而释放能量并变得不对称。

这种双重对称破缺仍然与当前的物理理论相吻合，这一事实令人兴奋，因为它可能是一种创造迄今为止看不见的粒子的方式，可以解释暗物质。

基本思想是，要解释暗物质，你需要一个与现有粒子实验一致的理论，但会产生尚未被发现的新粒子。

通过轴向希格斯模式添加这种额外的对称破缺是实现这一目标的一种方法。尽管物理学家已经预测到，但对轴向希格斯玻色子的观察让团队感到惊讶，他们花了一年时间试图验证他们的结果。